系統工作原理

通過I2C/PMBus接口實現處理器與PFC控制器的通信,I2C數字隔 離器提供域之間的接口,如圖5所示。處理器位于SELV電氣域 內,PFC控制器參考高壓域內的直流總線通用電軌。三相逆變器 的柵極驅動器開關信號通過雙通道隔離器,從處理器PWM模塊路 由輸出。I2C接口的數據和時鐘信號以及通用數字信號同樣通過數 字隔離器路由。

PFC控制器管理升壓PFC電路的控制和監控。這些任務從主電機控 制軟件的流程中分流至低優先級的程序中,如圖6所示。PFC控制 器參數在啟動期間配置。如果已有該功能,則通常可以通過將 配置參數寫入控制器IC的EEPROM存儲器而跳過該步驟。如圖6所 示,在典型電機控制系統中,速度和電流測量以及PWM控制器更 新將作為高優先級中斷處理,而電流測量與PWM信號同步。可設 置PFC控制器以便處理輸入側測量,比如輸入交流線路電壓和電 流、直流總線電壓、輸入功率、PFC電路溫度。這些測量對于電 機控制算法而言不算關鍵,不過直流總線電壓測量對于無傳感器 算法可能比較重要。但這些測量對于整體系統級監控和控制器優 化而言比較重要。它們可以進而由低優先級I2C數據處理任務或中 斷例程請求和處理,并且計劃速率匹配系統監控時間常數。

圖7所示為平臺的Micrium ProbeTM用戶界面,其中直流總線基準 電壓設為250 V。可以清楚看到交流和直流側的監控變量以及電 機控制。

結論

由此節省的額外傳感器、數字I/O和處理器上的模擬引腳,以 及調節和解釋測量變量的軟件開銷可能意味著處理器成本的下 降,只要選擇性能較低的變體,或者釋放處理器硬件和軟件空 間供其他優先級更高或系統增強型功能使用就可以實現。

本例中,相對于交流線路電壓的系統啟動序列,直流總線欠壓、 過壓和交流側過流保護均通過PFC控制器實現。然而,必須謹慎 地進行整體系統設計,因為主控制處理器應始終由PFC控制器負 責控制或保護,以便在受到副邊影響時不會獨立執行操作。這種 情況的一個例子便是PFC控制器由于直流總線瞬變過壓(比如因為 電機制動事件)而經歷了一次全局PWM信號禁用。如果控制器未 能檢測到該事件,則它將試圖調節PWM輸出(不會成功)以保持工 作點。如果PFC控制器在過壓瞬變消失后重新使能PWM,則系統 可能會由于PWM占空比的突然大幅增加而出現副邊故障。因此, 管理PFC控制器與電機控制處理器之間的保護通信和時序時必須 非常仔細。

總之,若在較低成本的模擬PFC控制器與更為昂貴的數字控制器 之間選擇,那么潛在的權衡取舍就應當不僅根據PFC電路自身進 行評估,還應考慮數字控制器更強大的功能所帶來的潛在系統級 功能、增強性和成本的下降。本文旨在強調部分關鍵系統級增強 特性,使用了ADP1047以及單相電機驅動系統作為示例。

參考文獻

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[2] T. Friedli 和 J.W. Kolar.“The Essence of Three-Phase PFC Rectifier Systems (三相PFC整流器系統的本質)”。電信能源會議(INTELEC), 2011 IEEE 33rd International, Vol., No., pp. 2011年10月。

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[4] controllers-power-metering/ADP1047.html